创新性实验(双闭环直流调速系统电路研究).docVIP

创新性实验研究报告 开课学期 2011 至 2012 学年＿ 2 ＿学期 提交时间 2012 年 7 月 12 日 一、实验摘要 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。该系统中设置了电流检测环节、电流调节器以及转速检测环节、转速调节器，构成了电流环和转速环，前者通过电流元件的反馈作用稳定电流，后者通过转速检测元件的反馈作用保持转速稳定，最终消除转速偏差，从而使系统达到调节电流和转速的目的。该系统起动时，转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节起动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。该方案主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。 二、实验目的 (1)??? 加深理解直流调速系统的工作原理。 (2)??? 加深理解直流调速系统与相应的触发电路和调节器之间的关系。 (3)学会灵活使用综合实验台，熟悉创新性实验报告的撰写方法。 三、实验场地及仪器、设备和材料： 实验室,运动控制系统实验台,matlab软件，计算机 四、实验内容 转速电流双闭环直流调速系统的结构 ASR 转速调节器 ACR电流调节器 TG 测速发电机 TA 电流互感器 UPE 电力电子变换器 双闭环直流调速系统电路原理图 其中LM表示限幅作用。因此转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。双闭环的稳态结构图和静特性 为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图如图。注意用带限幅的输出特性表示PI 调节器。 双闭环直流调速系统的稳态结构图 (—转速反馈系数; ( —电流反馈系数分析静特性关键是掌握这样的 PI 调节器的稳态特征。一般存在两种状况： 饱和——输出达到限幅值除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。 最大电流是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。而式所描述的静特性是上图中的AB段，它是垂直的特性。这样的下垂特性只适合于 n n0 的情况，因为如果 n n0 ，则Un U*n ，ASR将退出饱和状态。不饱和——输出未达到限幅值 当调节器不饱和时，PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。 实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。 转速调节器不饱和，也就是，双闭环调速系统在稳态工作中两个调节都不饱和时，各变量之间的关系 (4-1) 对于ASR有 (4-2) 式中(，( —— 转速和电流反馈系数.=== (4-3) 由(2-1)式可得 (4-4) 这是静特性的水平特性与此同时，由于ASR不饱和，U*i U*im，从上述第二个关系式可知: Id Idm。这就是说， CA段静特性从理想空载状态的 Id = 0 一直延续到 Id = Idm ，而 Idm一般都是大于额定电流 IdN 的。这就是静特性的运行段。而且由上述关系表明，在稳态工作点上，转速n是由给定电压决定的，ASR的输出量是由负载电流决定的，而控制电压的大小则同时取决于n和，或者说，同时取决于和。这些关系反映了PI调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。双闭环调速系统的静